SV – Kemi

14.9.2020

Provet består av 11 uppgifter av vilka sju ska besvaras. Uppgifterna är indelade i tre delar. Del I omfattar en 20-poängsuppgift som är obligatorisk för alla. Del II omfattar sju 15-poängsuppgifter av vilka fyra ska besvaras. Del III omfattar tre 20-poängsuppgifter av vilka två ska besvaras. Det maximala antalet poäng i provet är 120. Om du vill kan du skapa figurer, diagram eller tabeller som stöd för svaret och bifoga en skärmdump av dem till vilket textsvar som helst.

Lämna inga anteckningar i svarsfältet för sådana uppgifter som du inte vill lämna in för bedömning.

Del I: 20-poängsuppgift

Besvara uppgift 1.

1. Flervalsuppgifter från kemins olika delområden 20 p.

Välj i varje moment 1.1.–1.10. det svarsalternativ som passar bäst. Rätt svar 2 p., felaktigt svar 0 p., inget svar 0 p.

1.1. Vilket av följande grundämnen har den minsta första jonisationsenergin? 2 p.

 

1.2. Vilket av följande ämnen har i fast tillstånd ett gitter som består av skilda molekyler? 2 p.

 

1.3. En mol D-vitamin och en mol vatten har samma 2 p.

 

1.4. Vilken av följande föreningar har den lägsta kokpunkten? 2 p.

 

1.5. I vilket av följande blodkärlsutvidgande läkemedel finns ett asymmetricentrum (ett kiralt centrum)? 2 p.

 

1.6. Hur många gram natriumkarbonat (Na₂CO₃) måste vägas upp då man framställer 10,0 ml lösning vars koncentration är 0,100 mol/l? 2 p.

 

1.7. För spektrofotometrisk bestämning av halten av klorofyll a framställs en standardlösning med känd koncentration. Standardlösningens koncentration är 4,00 · 10-5 mol/l och volymen är 10,0 ml. Standardlösningen framställs genom att späda ut en stamlösning vars koncentration är 0,0100 mol/l. Hur mycket stamlösning ska man mäta upp? 2 p.

 

1.8. Vilken reaktionsprodukt bildas då etanol upphettas kraftigt vid närvaro av svavelsyra? 2 p.

 

1.9. Då en kemisk reaktion har nått dynamisk jämvikt 2 p.

 

1.10. Ordna föreningarna I–IV från den starkaste syran till den svagaste. 2 p.

I CH₃CH₂OH
II CH₃COOH
III C₆H₅OH (fenol)
IV HNO₃

 

Del II: 15-poängsuppgifter

Besvara fyra uppgifter.

2. Beskrivning av ämnens struktur 15 p.

Till stöd för förklaringarna kan du rita bilder med något av programmen MarvinSketch, LibreOffice Draw, Impress, Gimp eller Pinta.

2.1. Rita strukturformeln för butan-1-ol. Förklara och namnge växelverkningarna mellan molekylerna i vätskeformig butan-1-ol. 5 p.

 

2.2. Förklara strukturen för natriumklorid i fast form. Namnge växelverkningarna mellan beståndsdelarna. 4 p.

 

2.3. Förklara strukturen för natriumklorid som upplösts i vatten. Namnge växelverkningarna mellan beståndsdelarna. 6 p.

 

3. Sprängämnenas kemi 15 p.

Salpetersyrans estrar, alltså organiska nitrater, hör fortfarande till de mest användbara sprängämnena till exempel för brytning av berggrund, vid byggnadsverksamhet och vid gruvdrift. De kan också användas som läkemedel som utvidgar blodkärlen. Som biverkningar kan stark huvudvärk och svindel förekomma.

Glyceryltrinitrat, alltså nitroglycerin (NGL), är en beståndsdel i traditionell dynamit. Nuförtiden används också etylenglykoldinitrat (NG) i sprängämnen. I exploderande stubintråd och i detonatorer som är avsedda för att utlösa explosionen används till exempel pentaerytritoltetranitrat (PETN).

Svara på uppgifterna 3.1.–3.3. med hjälp av strukturformlerna som visas i material 3. A.

3.1. Skriv reaktionsformeln (reaktionslikheten) som beskriver hur NG exploderar och bildar vattenånga, koldioxid och kväve. 3 p.

 

3.2.

En explosion av PETN (M = 316,154 g/mol) kan beskrivas med följande reaktionsformel:

\mathrm{C_5H_8N_4O_{12}\left(s\right)\ \rightarrow} C 5 H 8 N 4 O 12 ( s )   \mathrm{\ 2\ CO\left(g\right)\ +\ 3\ CO_{2\ }\left(g\right)\ +\ 4\ H_2O\left(g\right)\ +\ 2\ N_2\left(g\right)}   2   C O ( g )   +   3   C O 2   ( g )   +   4   H 2 O ( g )   +   2   N 2 ( g )

Man använde 982 mg PETN till en sprängning. Gaserna som bildades utvidgades till trycket 101 kPa och deras temperatur var 1 200 ⁰C. Hur stor var de bildade gasernas totalvolym? 7 p.

 

3.3. Varför är NG en mer lättflyktig förening än NGL? Vilka nackdelar kan avdunstningen innebära? 5 p.

 

4. Användningsmöjligheter för metanol 15 p.

Man undersökte experimentellt förbränningsentalpierna för metanol, formaldehyd och väte vid en viss temperatur och erhöll följande resultat:

\begin{align} &\mathrm{2\ CH_3OH\left(g\right) + 3\ O_2\left(g\right) \rightarrow 2\ CO_2\left(g\right) + 4\ H_2O\left(g\right)} && \Delta H = -1\ 353\ \mathrm{kJ} \\ &\mathrm{H_2CO\left(g\right) + O_2\left(g\right) \rightarrow H_2O\left(g\right) + CO_2\left(g\right)} && \Delta H = -520\ \mathrm{kJ} \\ &\mathrm{2\ H_2\left(g\right) + O_2\left(g\right) \rightarrow 2\ H_2O\left(g\right)} && \Delta H = -484\ \mathrm{kJ} \end{align} 2   C H 3 O H ( g ) + 3   O 2 ( g ) 2   C O 2 ( g ) + 4   H 2 O ( g ) Δ H = 1   353   k J H 2 C O ( g ) + O 2 ( g ) H 2 O ( g ) + C O 2 ( g ) Δ H = 520   k J 2   H 2 ( g ) + O 2 ( g ) 2   H 2 O ( g ) Δ H = 484   k J

4.1. I bränslecellbilar kan man använda väte eller metanol som bränsle. Man förbränner 1,00 kg vardera av väte och metanol. I vilkendera förbränningsreaktionen avges mer energi? 7 p.

 

4.2.

Av metanol kan man framställa formaldehyd vilket används som utgångsämne för många föreningar:

\mathrm{CH_3OH\left(g\right)\ \rightarrow\ H_2CO\left(g\right)\ +\ H_2\left(g\right)} C H 3 O H ( g )     H 2 C O ( g )   +   H 2 ( g )

Bestäm reaktionsentalpin ΔHᵣ med hjälp av de givna experimentella förbränningsentalpierna. 8 p.

 

5. Magnesiums reaktioner 15 p.

Skriv reaktionsformlerna för processerna i uppgifter 5.1.–5.3. som beskriver oxidations-reduktionsreaktionerna i videorna 5. A–5. C. Svara också på uppgift 5.4. som behandlar brandsläckare.

5.1. Magnesium brinner (material 5. A) 3 p.

 

5.2. En magnesiumbit i vatten (material 5. B) 3 p.

 

5.3. Reaktionen mellan magnesium och fast koldioxid (material 5. C) 4 p.

 

5.4. Lämpar sig vatten eller gasformad koldioxid från en handbrandsläckare för att släcka brinnande magnesium? Motivera ditt svar. 5 p.

 
Koldioxidsläckare
En brandspruta för släckning med vatten

6. Underbromsyrlighet 15 p.

Underbromsyrlighet (HBrO) är en svag syra som används bland annat som bleknings- och desinfektionsmedel.

6.1.

Om man lagrar en HBrO-lösning under en lång tid sönderfaller underbromsyrligheten till vätebromidsyra och bromsyra:

\mathrm{3\ HBrO\left(aq\right)\ \rightarrow\ 2\ HBr\left(aq\right)\ +\ HBrO_3\left(aq\right)} 3   H B r O ( a q )     2   H B r ( a q )   +   H B r O 3 ( a q )

HBr och HBrO₃ är båda starka syror. En underbromsyrlighetslösning har koncentrationen 0,20 mol/l. Vilket är lösningens pH om denna underbromsyrlighetslösning lagras så länge att all underbromsyrlighet sönderfallit? Motivera ditt svar. 5 p.

 

6.2. En färsk underbromsyrlighetslöning har koncentrationen 0,20 mol/l och pH-värdet 4,67. Beräkna syrakonstanten för underbromsyrlighet. 10 p.

 

7. Hydrolys av etylbensoat 15 p.

Studera arbetsbeskrivningen för hydrolys av etylbensoat som beskrivs i material 7. A och svara på frågorna 7.1.–7.3.

7.1. Hur inverkar NaOH-lösningens koncentration och upphettningen av reaktionsblandningen på reaktionens hastighet? Motivera ditt svar. 4 p.

 

7.2. Varför är reaktionsprodukten vattenlöslig efter skede I, medan produkten i skede II faller ut ur vattenlösningen? Varför avkyls blandningen? 6 p.

 

7.3. I skede II omvandlas all bildad natriumbensoat till bensoesyra. Hur mycket behöver man i det här skedet minst tillsätta vattenlösning av HCl vars koncentration är 6,0 mol/l, då reaktionen utförs enligt arbetsinstruktionerna i materialet? 5 p.

 

8. Järn rostar 15 p.

Järn oxideras vid kontakt med luftens syre och fukt. Sura förhållanden gör att järn oxiderar snabbare.

8.1. Järn oxideras under sura förhållanden till Fe2+-joner. Skriv reaktionsformlerna för delreaktionerna för oxidation och reduktion samt för totalreaktionen. 5 p.

 

8.2. Motivera med hjälp av normalpotentialerna varför järn oxideras lättare i sura förhållanden än i en miljö där pH-värdet är neutralt. 6 p.

 

8.3. Varför rostar järn snabbare i fuktiga än i torra förhållanden? Varför rostar järn snabbare i saltvatten än i rent vatten? 4 p.

 

Del III: 20-poängsuppgifter

Besvara två uppgifter.

9. Växthusgaser och IR-spektroskopi 20 p.

9.1. Halten av vissa växthusgaser har stigit som följd av människans verksamhet, vilket har förstärkt växthuseffekten. Ge två exempel på växthusgaser vars halt har ökat i jordens atmosfär som en följd av människans verksamhet. Varifrån kommer dessa gaser och hur har de hamnat i atmosfären? 6 p.

 

9.2. IR-spektret av en gasblandning visas i material 9. A. Slut dig med hjälp av material 9. B och 9. C till vilka två gaser blandningen innehåller. Motivera ditt svar. 5 p.

 

9.3. Studera material 9. D och 9. E. Vilka tre gaser inverkar enligt grafen i material 9. E kraftigast på jordens växthuseffekt? Motivera ditt svar. 6 p.

 

9.4. Material 9. F är en graf som baserar sig på sonden Mars Global Surveyors mätningar och som beskriver strålningen som Mars avger till rymden. Slut dig med hjälp av materialen 9. C och 9. E till vad Mars atmosfär i huvudsak består av. Motivera ditt svar. 3 p.

 

10. Steroider 20 p.

Steroider är naturprodukter som har ett flertal olika biologiska verkningar. En del av steroiderna fungerar som könshormon vilka inverkar på tillväxt, utveckling, humör och utvecklingen av könsegenskaper under olika skeden av livet.

Studera material 10. A som behandlar steroider och svara på uppgifterna 10.1.–10.4.

10.1. Estradiol bildas i kroppen ur estron genom reduktionsreaktionen som beskrivs i material 10. B och som katalyseras av enzymet 17β-HSD. I strukturen anges också övriga dubbelbindningar. Varför reduceras dessa vanligen inte även om man skulle använda en katalysator i reaktionen? 4 p.

 

10.2. Den tredimensionella strukturen för estradiol visas i material 10. C. Förklara varför kolatomerna i ring C inte ligger i samma plan. Motivera varför atomerna i ringen bildar den tredimensionella strukturen som visas i bilden. 4 p.

 

10.3. Med hurdana bindningar kan levonorgestrel bindas till en receptor? Motivera ditt svar. Du kan utnyttja MarvinSketch-filen i material 10. D i ditt svar. 6 p.

 

10.4. Motivera varför levonorgestrel kan bindas till testosteronets androgenreceptor. Du kan utnyttja MarvinSketch-filen i material 10. D i ditt svar. 6 p.

 

11. Jämviktsreaktionen för kloralhydrat 20 p.

Kloralhydrat Cl₃CCH(OH)₂ har tidigare använts som lugnande läkemedel. Kloralhydrat bildas i en snabb jämviktsreaktion mellan kloral Cl₃CCHO och vatten:

\mathrm{Cl_3CCHO\left(aq\right)\ +\ H_2O\left(l\right)\ \xrightleftharpoons[]{}\ } C l 3 C C H O ( a q )   +   H 2 O ( l )     \begin{array} {l r} \mathrm{Cl_3CCH\left(OH\right)_2\left(aq\right)} & K\ =\ 2{,}0\ \cdot\ 10^3 \end{array} C l 3 C C H ( O H ) 2 ( a q ) K   =   2 , 0     10 3

Vattnets koncentration är inkluderad i jämviktskonstantens värde:

K\ =\ \frac{\left[\mathrm{Cl_3CCH\left(OH\right)_2}\right]}{\left[\mathrm{Cl_3CCHO}\right]} K   =   [ C l 3 C C H ( O H ) 2 ] [ C l 3 C C H O ]

11.1.

Då kloral reagerar med natriumhydroxid sönderfaller det till kloroform CHCl₃ och natriumformiat HCOONa:

\mathrm{Cl_3CCHO\left(aq\right)\ +\ NaOH\left(aq\right)\ \rightarrow} C l 3 C C H O ( a q )   +   N a O H ( a q )   \mathrm{\ CHCl_3\left(aq\right)\ +\ HCOONa\left(aq\right)\ +\ H_2O\left(l\right)}   C H C l 3 ( a q )   +   H C O O N a ( a q )   +   H 2 O ( l )

Man tog ett 300,0 ml prov ur en jämviktsblandning av kloral och kloralhydrat, och till provet tillsattes 20,00 ml NaOH-lösning vars koncentration var 2,000 mol/l. Lösningen var starkt basisk efter tillsatsen. Därefter titrerades lösningen med vätekloridsyra till ekvivalenspunkten. Det gick åt 58,30 ml vätekloridsyra vars koncentration var 0,5000 mol/l vid titreringen. Beräkna jämviktskoncentrationerna för kloral och kloralhydrat i den ursprungliga lösningen. 15 p.

 

11.2. Varför fungerar metoden som beskrivits i moment 11.1. trots att jämviktsblandningen i huvudsak består av kloralhydrat? 5 p.

 

Källor

  1. Källa: SEN.
  2. Källa: SEN.
  3. Källa: SEN.
  4. Källa: SEN.
  5. Källa: SEN.
  6. Källa: SEN.
  7. Källa: SEN.
  8. Källa: SEN.
  9. Källa: Tamrex. https://www.tamrex.fi/TAMREX-CO2-SAMMUTIN-5-KG. Hämtad: 18.6.2019.
  10. Källa: Teknosafe. https://www.teknosafe.fi/tuotevalikoima/palokalusto/kiinteistoturvallisuus/sankoruiskut/sankoruisku/. Hämtad: 18.6.2019.

Kontrollera att du har svarat på det antal uppgifter som anges i instruktionerna. Lämna inga anteckningar i svarsfältet för sådana uppgifter som du inte vill lämna in för bedömning.